两电平逆变器调制的S函数示例
在上期中介绍了在simulink仿真中用s函数构建控制器，方便代码从仿真到嵌入式设备的迁移，本期则直接进入正题，通过两电平逆变器模型来介绍s函数在电力电子仿真中的应用。
01s函数的简单介绍
官方对s函数是这样介绍的：s-function 可以使用 matlab®， c， c++， ada，或 fortran 语言来编写。 使用 mex实用工具，将 c， c++， ada，和 fortran 语言的 s-function 编译成mex-文件，在需要的时候，它们可与其它的mex-文件一起动态地连接到 matlab 中。
s-function 使用一种特殊的调用格式让你可以与 simulink 方程求解器相互作用，这与发生在求解器和内置 simulink块之间的相互作用非常相似。 s-function 的形式是非常通用的，且适用于连续、离散和混合系统。
这段话包含以下几层意思：
1. s函数可以用m语言，c语言等多种语言编写，simulink库中的user-defined functions中的s-function example包含了多种语言的多种模板， s-function builder 是一个 simulink 模块，可以通过设定自动生成c语言的s函数;
图1 simulink库中s函数相关模块
2. s函数与simulink的运行原理相似，要了解s函数是如何工作的，就要了解simulink 是如何进行模型仿真的， simulink模型的执行分几个阶段进行。 首先进行的是初始化阶段，在此阶段， simulink将库块合并到模型中来，确定传送宽度、数据类型和采样时间，计算块参数，确定块的执行顺序，以及分配内存。 然后， simulink进入到“仿真循环”，每次循环可认为是一个“仿真步”。 在每个仿真步期间，simulink 按照初始化阶段确定的块执行顺序依次执行模型中的每个块。 对于每个块而言，simulink 调用函数来计算块在当前采样时间下的状态，导数和输出。 如此反复，一直持续到仿真结束。
下图所示为一个仿真的步骤：
图2 simulink 执行仿真的步骤
3. s函数使用一种特殊的调用格式使其在 simulink方程求解器相互作用，s函数主要通过多种特殊格式的回调函数，用来表示仿真执行的初始化、输出、计算导数、结束等多个阶段。
02两电平逆变器调制的s函数示例
文章结尾的下载链接提供了两电平逆变器调制的s函数的示例程序，该示例主体程序部分如下：
图3 两电平逆变器调制的s函数主体部分
该s函数主要包含以下回调函数：
a. mdlinitializesizes回调函数
对参数进行初始化设置，比如离散状态个数、连续状态个数、模块输入和输出的路数、模块的采样周期个数、状态变量初始数值等;
b. mdlinitializesampletimes回调函数
该函数设置s-function模块的采样时间，决定了mdloutputs多久执行一次;
c. mdlinitializeconditions回调函数
初始化时调用，对输入输出数组指针地址进行定义;
d. mdloutputs回调函数
可以用来执行我们定义的函数，本例中执行了三个任务：
来自s函数的外部数据的输入;
执行100us的定时中断(计算输出电压相位，输出电压指令)、741us的定时中断(模拟pwm中断，调用两电平svpwm调制算法)。
s函数输出(输出内部监视变量和pwm波占空比)
e. mdlupdate回调函数
如果该块具有离散的状态变量，则在处理完所有块的输出函数之后的主要时间步中，将调用一次更新函数，本例未使用;
f. mdlterminate回调函数
s函数终止时执行的函数，本例未使用。
多个回调函数的执行顺序如下：
图4 两电平逆变器调制的s函数回调函数执行顺序
完成s函数的c文件的编写后，需要在matlab中调用编译器对s函数的c文件进行编译。 由于matlab存在32位和64位，调用的编译器也不一样。 32位直接使用自带的lcc-win32即可，64位则需要额外安装的vs的c++编译器。 matlab通过mex-setup命令选择编译器。
本示例模型在simulink的file->model properties->model properties->callbacks->initfcn中通过以下命令对s函数编译，使模式在每次运行时执行该编译命令生成格式mexw64的文件给simulink模型调用：
-g -v invetercontroller.c func_svpwm_2l.c...
03仿真结果
运行仿真模型：inv_2l3ph_spwm.slx，在s函数的mdloutputs回调函数中，调用func_svpwm_2l()调制函数之后，数组y_scope输出abc三相pwm波的占空比为：
图5 abc三相pwm波的占空比
在s函数的mdloutputs回调函数中采集了逆变器的模拟量，通过数组y_scope输出，其波形为：
图6 s函数的输出波形
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s-function 使用一种特殊的调用格式让你可以与 simulink 方程求解器相互作用，这与发生在求解器和内置 simulink块之间的相互作用非常相似。 s-function 的形式是非常通用的，且适用于连续、离散和混合系统。
这段话包含以下几层意思：
1. s函数可以用m语言，c语言等多种语言编写，simulink库中的user-defined functions中的s-function example包含了多种语言的多种模板， s-function builder 是一个 simulink 模块，可以通过设定自动生成c语言的s函数;
图1 simulink库中s函数相关模块
2. s函数与simulink的运行原理相似，要了解s函数是如何工作的，就要了解simulink 是如何进行模型仿真的， simulink模型的执行分几个阶段进行。 首先进行的是初始化阶段，在此阶段， simulink将库块合并到模型中来，确定传送宽度、数据类型和采样时间，计算块参数，确定块的执行顺序，以及分配内存。 然后， simulink进入到“仿真循环”，每次循环可认为是一个“仿真步”。 在每个仿真步期间，simulink 按照初始化阶段确定的块执行顺序依次执行模型中的每个块。 对于每个块而言，simulink 调用函数来计算块在当前采样时间下的状态，导数和输出。 如此反复，一直持续到仿真结束。
下图所示为一个仿真的步骤：
图2 simulink 执行仿真的步骤
3. s函数使用一种特殊的调用格式使其在 simulink方程求解器相互作用，s函数主要通过多种特殊格式的回调函数，用来表示仿真执行的初始化、输出、计算导数、结束等多个阶段。
02两电平逆变器调制的s函数示例
文章结尾的下载链接提供了两电平逆变器调制的s函数的示例程序，该示例主体程序部分如下：
图3 两电平逆变器调制的s函数主体部分
该s函数主要包含以下回调函数：
a. mdlinitializesizes回调函数
对参数进行初始化设置，比如离散状态个数、连续状态个数、模块输入和输出的路数、模块的采样周期个数、状态变量初始数值等;
b. mdlinitializesampletimes回调函数
该函数设置s-function模块的采样时间，决定了mdloutputs多久执行一次;
c. mdlinitializeconditions回调函数
初始化时调用，对输入输出数组指针地址进行定义;
d. mdloutputs回调函数
可以用来执行我们定义的函数，本例中执行了三个任务：
来自s函数的外部数据的输入;
执行100us的定时中断(计算输出电压相位，输出电压指令)、741us的定时中断(模拟pwm中断，调用两电平svpwm调制算法)。
s函数输出(输出内部监视变量和pwm波占空比)
e. mdlupdate回调函数
如果该块具有离散的状态变量，则在处理完所有块的输出函数之后的主要时间步中，将调用一次更新函数，本例未使用;
f. mdlterminate回调函数
s函数终止时执行的函数，本例未使用。
多个回调函数的执行顺序如下：
图4 两电平逆变器调制的s函数回调函数执行顺序
完成s函数的c文件的编写后，需要在matlab中调用编译器对s函数的c文件进行编译。 由于matlab存在32位和64位，调用的编译器也不一样。 32位直接使用自带的lcc-win32即可，64位则需要额外安装的vs的c++编译器。 matlab通过mex-setup命令选择编译器。
本示例模型在simulink的file->model properties->model properties->callbacks->initfcn中通过以下命令对s函数编译，使模式在每次运行时执行该编译命令生成格式mexw64的文件给simulink模型调用：
-g -v invetercontroller.c func_svpwm_2l.c...
03仿真结果
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图5 abc三相pwm波的占空比
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